Рассмотрим температуру1470°С. При этой температуре сплав представлен фазами: аустенит и жидкость. Для того чтобы определить количество фаз, через заданную точку проводим горизонтальную линию до пересечения с линиями диаграммы, ограничивающими эту область. Количество углерода, соответствующее точке а показывает его содержание в аустените. Оно составляет 0,2 %. Количество углерода, соответствующее точке с показывает его содержание в жидкой фазе. Оно составляет 1,2 %.
Количественное соотношение фаз можно определить по правилу отрезков. Отрезки между заданной точкой и точками с соответствующим составом фаз обратно пропорциональны их количеству.
Длина отрезка ab отнесенная к длине всего отрезка (ас) определяет количество жидкой фазы:
Ж=abac∙100%=0,3-0,21,2-0,2∙100%=10 %
Длина отрезка bс отнесенная к длине всего отрезка (ас) определяет количество аустенита:
А=bcac∙100%=1,2-0,31,2-0,2∙100%=90 %
3. Расскажите о причинах возникновения внутренних напряжений при закалке. Каким способом можно предохранить изделия от образования закалочных трещин?
Внутренние напряжения при закалке стали возникают вследствие неравномерного охлаждения поверхности и сердцевины изделия (эти напряжения называют тепловыми), увеличения объема и неоднородности протекания мартенситного превращения по объему изделия. Напряжения, вызываемые этим превращением, называют структурными, или фазовыми.
Неодинаковое распределение температур по сечению изделия при быстром охлаждении сопровождается и неравномерным изменением объема. Поверхностные слои сжимаются быстрее, чем внутренние. Однако сжатию поверхностных слоев препятствуют внутренние слои. Это приводит к тому, что в поверхностных слоях образуются временные (т.е. исчезающие после снятия нагрузки) растягивающие, а во внутренних слоях – сжимающие напряжения.
По достижении при закалке температур ниже точки Мн (мартенситное превращение) мартенсит в первую очередь образуется на поверхности, где точка Мн будет достигнута раньше, чем в сердцевине. Так как превращение аустенит-мартенсит сопровождается увеличением объема, то это приводит к образованию на поверхности временных сжимающих напряжений, а во внутренних слоях – растягивающих напряжений. По мере развития превращения знак напряжений на поверхности и в сердцевине меняется.
Структурные напряжения, относительно тепловых, изменяются в обратном порядке. В результате мартенситного превращения на поверхности образуются остаточные напряжения растяжения, а в сердцевине – напряжения сжатия. Эти остаточные напряжения, как и тепловые, возникают в результате появления под действием временных напряжений не только упругой, но и неодинаковой по сечению остаточной деформации.
При закалке стали одновременно возникают как тепловые, так и структурные напряжения, которые суммируют. В данной схеме тепловые напряжения превышают структурные, поэтому на поверхности образуются напряжения сжатия. Однако в зависимости от соотношения между тепловыми и структурными напряжениями могут получиться различные эпюры суммарных напряжений, а в поверхностных слоях напряжения могут иметь разный знак и различную величину. Во многих случаях величина фазовых напряжений больше, чем величина тепловых.
В таблице 1 приведены причины возникновения закалочных трещин и мероприятия по их исправлению или недопущению.
Таблица 1
Дефекты закалки стали
Основные причины образования дефекта Мероприятия по исправлению дефекта
Закалочные напряжения вследствие быстро протекающих с увеличением объема структурных превращений Предупреждение дефекта:
1. Для изделий из конструкционной углеродистой стали:
а) изотермическая (постоянная температура) закалка в расплавленной селитре температурой 450…500°С;
б) прерывистая закалка – охлаждение в воде до 300…200°С, а затем в масле;
в) закалка с самоотпуском – охлаждение в воде до 250…200°С, затем выдержка на воздухе до саморазогрева поверхности до 600°С с последующей замочкой в воде;
г) непрерывная закалка до полного охлаждения в водном растворе 5-10%-ного NaCl или КОН с температурой 50…60°С;
д) закалка в масло.
2. Для изделия из инструментальной углеродистой стали:
а) прерывистая закалка – охлаждение в воде до 200°С, затем перенос в масло или медленный отпуск;
б) ступенчатая закалка в расплавленной селитре с температурой 180…200°С и далее при температуре 180…200°С на воздухе (для инструментов диаметром до 8 мм).
3. Для инструментов из заменителей быстрорежущей стали подстуживание до 1000…950°С и ступенчатая закалка в расплавленной селитре с температурой 450…550°С
